基于单片机的智能油烟机系统设计（51+4G版）-设计说明书
电子校园网 编号：
M22007-02C-LW
设计摘要：
本设计基于51单片机，使用LCD1602显示屏、ADC0832模数转换芯片、4G模块、MX1508驱动芯片以及MQ-2和MQ-4气体传感器，实现了一款智能油烟机控制系统。该系统的主要功能是监测油烟机的状态、烟雾浓度和燃气浓度，并能通过按键设置烟雾浓度和燃气浓度的上限，以及切换不同的工作模式和控制风扇档位。同时，在遇到燃气泄漏时，系统还能通过蜂鸣器进行报警，并且可以通过4G模块发送短信给用户。
在系统工作中，LCD1602显示屏用于显示油烟机的状态，包括当前的工作模式、风扇档位和各传感器的检测数值。ADC0832模数转换芯片用于将模拟信号转换为数字信号，以便单片机进行处理。MX1508驱动芯片则用于控制风扇的运转速度，根据烟雾浓度的变化调节风扇的档位大小。整个系统的控制逻辑由51单片机实现，通过按键可以切换不同的工作模式和设置烟雾浓度、燃气浓度的上限。同时，单片机还与LCD1602显示屏、ADC0832模数转换芯片、MX1508驱动芯片、MQ-2和MQ-4气体传感器进行通信，以实现数据的获取和控制指令的发送。总之，该智能油烟机控制系统具备了监测、报警和控制的功能，能够有效提高油烟机的安全性和排风效果，为用户提供更加舒适和安全的使用体验。
关键词：单片机；智能油烟机；阈值报警
字数：12000+
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摘 要
ABSTRACT
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
1.2 国内外研究现状
1.3 课题主要内容
2 系统设计方案
2.1 系统整体方案
2.2 单片机的选择
2.3 显示方案的选择
2.4 燃气检测方案的选择
3系统设计与分析
3.1 整体系统设计分析
3.2 主控电路设计
3.2.1 STC89C52单片机
3.2.2 晶振电路和复位电路
3.3 液晶屏显示模块
3.4 MX1508直流电机模块
4 系统程序设计
4.1 编程软件介绍
4.2 主程序流程设计
4.3 按键功能图
4.4显示函数流程图
4.5 处理函数流程图
5 实物调试
5.1 电路焊接总图
5.2 燃气和烟雾检测实物测试
5.3 设置烟雾和燃气阈值实物测试
5.4 切换风扇档位实物测试
5.5 自动模式风扇转动测试
5.6 4G模块报警实物测试
6 仿真调试
6.1仿真总体设计
6.2显示检测测试
6.3设置相关阈值测试
6.4手动控制风扇档位测试
6.5阈值报警测试
结 论
参考文献
致 谢
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
随着科学技术以及经济的发展,人们的生活水平有了很大的提高,更加关心吃住方面的安全健康问题.在厨房内,抽油烟机已然成为了必不可少的厨具,发挥的作用也可想而知[1]。它可以有效地将烹饪过程中产生的油烟、异味和有害气体排出，保持厨房空气清新和环境卫生。然而，传统的油烟机在功能上相对简单，无法智能感知环境变化，也缺乏对用户的及时提醒和保护功能。
为了解决这些问题，本设计提出了一款基于51单片机的智能油烟机控制系统。该系统通过引入LCD1602显示屏、ADC0832模数转换芯片、4G模块、MX1508驱动芯片以及MQ-2和MQ-4气体传感器，充分利用现代电子技术和通讯技术，实现了对油烟机状态的监测、烟雾浓度和燃气浓度的控制，以及报警和提醒功能的集成。
首先，油烟机是与燃气直接相关的设备，当燃气泄漏时，可能会引发火灾或爆炸等危险。通过引入MQ-4气体传感器和蜂鸣器报警功能，本设计可以及时检测到燃气浓度的异常，并通过报警提醒用户采取紧急措施，大大提升了用户的安全性。其次，油烟机的主要功能是排除油烟和异味，对厨房内的空气质量起到重要的影响。智能油烟机控制系统通过引入MQ-2气体传感器监测烟雾浓度，可以根据实时的烟雾浓度变化调节风扇档位，实现精确的排烟效果，保持良好的室内空气质量。此外，传统的油烟机通常只有一个固定的风扇档位，无法根据烟雾浓度的变化进行智能调节。而本设计中的风扇控制逻辑可以根据烟雾浓度的高低自动调整风扇档位，使得油烟机在保持良好排风效果的同时，最大限度地节约能源，提高能源利用效率。本设计充分利用现代电子技术和通信技术，将传统的油烟机升级为具备智能感知与控制的装置，推动了智能家居的发展。同时，通过该设计的实施，还能鼓励相关领域的技术创新和应用，为智能家居领域的研究和发展提供有益的参考和借鉴。
1.2 国内外研究现状
智能油烟机控制系统的国内研究主要集中在油烟排放监测与控制、智能感知与自适应控制、远程监控与智能控制等方面。其中，油烟排放监测与控制技术是一个关键研究方向。许多研究致力于通过引入传感器实时监测油烟浓度，并采用模糊控制算法调节风机转速，以实现精确的油烟排放控制。此外，一些研究还关注智能油烟机的感知与自适应控制技术，利用物联网技术和传感器，能够实时感知环境中的油烟浓度和燃气浓度，并根据数据进行自适应控制，改变油烟机的工作状态。另外，远程监控与智能控制技术也备受关注。一些研究致力于通过云计算和物联网技术实现远程监控与智能控制，用户可以通过手机App或者网络平台远程监测油烟机的状态，并进行远程控制，提升用户的使用体验。
秦颖，韩成浩等（2016）论述了基于51单片机控制的家用抽油烟机自动控制电路的设计.系统采用烟雾传感器和气压传感器采集烟雾浓度和烟道内气压信号,经过ZMD31010进行数据转换送入单片机中处理,当外部气压过大,电路会自动驱动抽油烟机抽烟.当有烟雾信号时本系统也会根据烟雾浓度和气压强度,通过变频驱动模块来调整抽油烟机的电机转速.该系统主要应用于家用抽油烟机上,通过烟雾浓度和外部气压综合指数来驱动电机转动,能完全消除油烟,节能效果显著,辅以声光报警电路,既可以故障报警,又能消除火灾隐患[2]。
许银（2021）设计了一种智能油烟机,采用非接触式红外温度传感器,油烟传感器等进行智能检测,能根据环境情况智能开启,关闭,智能选择电机高速,低速工作状态,具有健康卫生,方便可靠,节能环保,待机功耗低等特点[3]。
白宇航，翟娟等（2021）设计了基于51单片机控制的智能油烟机.在具有传统油烟机功能的同时,增加了传感器检测模块,AD转换模块,液晶显示模块,按键检测模块,风扇控制模块,GSM模块,报警模块等模块,实现当天然气灶产生的油烟浓度达到阈值时,油烟机自动启动,将厨房内产生的油烟迅速排出,并实现发送短信,智能调节风速,危险报警等功能[4]。
国外对智能油烟机控制系统的研究也取得了一定的进展，主要集中在自适应控制与优化算法、基于机器学习的智能控制系统、高效油烟净化技术以及智能化的用户交互界面等方面。自适应控制与优化算法在国外的研究中应用较多，利用模糊控制算法、遗传算法等方法，优化油烟机的性能和能源利用效率。此外，一些研究利用机器学习技术构建智能油烟机控制系统，通过训练模型，实现对油烟浓度和燃气浓度的智能预测和控制，提高系统的自主性和准确性。在油烟净化技术方面，国外的研究注重改善净化效果和排放标准的达标率，采用电场除尘、活性炭吸附和等离子体处理等方法，提高油烟的净化效果。此外，国外的研究也注重油烟机控制系统与用户的交互界面设计，通过引入触摸屏、语音识别等技术，实现用户对油烟机的智能化操作和控制。
在国外对于油烟机的研究也取得了不少成果。2016年Florijan R 发明的目的是厨房抽油烟机，尽管抽油烟机的高度较低，但还可以有效地抽排废气并安装足够的过滤表面，而抽油烟机内的空气捕获空间高度较低。与典型的现有厨房抽油烟机不同，这些抽油烟机仅设置在抽油烟机的后壁上设置一排过滤器，本发明的厨房抽油烟机，如果壁挂式抽油烟机或安装在一排热敏元件上方的抽油烟机出现问题，则在抽油烟机的中央部分设置两排过滤器（170，190）， 通常来自大量废气的来源。用于捕获废气的罩的捕获空间分为前捕获空间（110）和后捕获空间（205）。除引擎盖的后侧（210）外，引擎盖的侧侧的下部内部部分沿引擎盖的整个圆周设置，具有狭窄的插槽，用于将新鲜空气直接吹回引擎盖，以防止潜在的蒸汽饱和空气流出引擎盖区域。前吹入槽（130）布置在灯座的向后弯曲的下边缘（135）和引擎盖的前侧下边缘（150）之间，其结构也定义了用于打开引擎盖前侧的系统[5]。
厨房内的有效排放控制，特别是在商业和工业生产厨房中，一直是行业专业人士，酒店运营商和最终用户非常关注的问题。2019年Han O , Li A , Kosonen R 对厨房通风系统的抽油烟机性能和捕获效率进行了文献综述。作为烟罩的关键性能指标，捕获效率已被广泛研究;然而，仍然需要一种可用于实验室和现场分析的标准测试方法。讨论了影响烟罩性能的各种因素，例如干扰气流，烟罩几何特征和位置以及排气流速。确定气流速率的最准确方法是基于对流载荷的设计方法。本文还综述了先进的空气分配系统，如通风天花板系统、热置换通风系统和附件通风系统[6]。分析结果构成了开发新解决方案的基本框架，对食品服务和通风工程师的行业专业人士都有利。
与上述几种设计方案相比，该设计方案更加方便易懂，便于实际操作，价格低廉，在集成电路的选择上更易于使用和精巧。
1.3 课题主要内容
本设计基于单片机的智能油烟机的系统软件。系统软件由STC89C52最小单片机，MQ-4和MQ-2气体传感器，MX1508直流电机控制模块，蜂鸣器、LCD显示屏和4G模块，并具有单独的功能键控制模块一起形成。主要设计内容如下：
1、可通过显示屏显示油烟机状态、烟雾浓度、燃气浓度和模式
2、可通过按键设置烟雾浓度、燃气浓度的上限
3、可通过按键切换模式和控制风扇档位
4、当燃气泄漏时，蜂鸣器进行报警
5、自动模式下，烟雾浓度越高，风扇挡位越大
6、当燃气浓度过高时，可以通过4G发送短信给用户
